2018學(xué)年高中物理 第4章 能量守恒與熱力學(xué)定律 熱力學(xué)第一定律學(xué)案 教科版選修3-3.doc

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熱力學(xué)第一定律【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1知道物體的內(nèi)能是物體內(nèi)所有分子的動能和勢能的總和2知道物體內(nèi)能的變化量可以由做功的數(shù)值來量度3通過焦耳的實(shí)驗(yàn)的觀察，分析和思考，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和想象能力4能區(qū)別功和內(nèi)能做功與內(nèi)能變化的關(guān)系5知道熱傳遞及熱傳遞的三種方式以及熱傳遞的實(shí)質(zhì)6知道熱傳遞與內(nèi)能變化的關(guān)系，理解熱功當(dāng)量。7知道做功和熱傳遞對改變物體內(nèi)能的等效結(jié)果8明確溫度、熱量、功和內(nèi)能四個物理量的區(qū)別和聯(lián)系9掌握熱力學(xué)第一定律及其表達(dá)式，能夠從能量轉(zhuǎn)化的觀點(diǎn)理解定律；10會用表達(dá)式U=W+Q對問題進(jìn)行分析和計(jì)算；11掌握能量守恒定律，理解定律的重要意義，會用能量轉(zhuǎn)化和守恒的觀點(diǎn)分析物理現(xiàn)象；12能綜合運(yùn)用學(xué)過的知識，用能量守恒定律對有關(guān)問題進(jìn)行計(jì)算、分析；13了解第一類永動機(jī)不可能制成的原因【要點(diǎn)梳理】要點(diǎn)一、功和內(nèi)能 1熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)焦耳實(shí)驗(yàn) （1）方法：在水中放置葉片，葉片上纏繞兩根繩子，每根繩子各跨過一滑輪，且分別懸掛一個重物，盛水的容器用絕熱性能良好的材料包好如圖所示，當(dāng)重物下落時便帶動葉片轉(zhuǎn)動，容器中的水受葉片的攪動，水由于摩擦而溫度上升 （2）結(jié)論：只要重力所做的功相同，容器內(nèi)水溫上升的數(shù)值就相同，即系統(tǒng)的狀態(tài)變化相同2利用電流的熱效應(yīng)給水加熱的實(shí)驗(yàn) （1）方法：如圖所示，利用降落的重物使發(fā)電機(jī)發(fā)電電流通過浸在液體的電阻絲引起液體溫度上升 （2）結(jié)論：對同一個系統(tǒng)，在絕熱過程中，只要所做的電功相等，系統(tǒng)溫度上升的數(shù)值就相同，即系統(tǒng)的狀態(tài)變化相同 3內(nèi)能 （1）內(nèi)能是物體內(nèi)部所有分子做熱運(yùn)動的動能和分子勢能的總和 內(nèi)能類比于重力做功與路徑無關(guān)，僅由物體初、末位置決定而熱力學(xué)系統(tǒng)的絕熱過程中，外界對系統(tǒng)所做的功也僅由初、末狀態(tài)決定，與具體做功的過程和方法無關(guān)，我們認(rèn)識到。任何一個熱力學(xué)系統(tǒng)必定存在一個只依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài)的物理量，這個物理量是系統(tǒng)的一種能量，叫內(nèi)能 （2）內(nèi)能變化和做功的關(guān)系 系統(tǒng)由狀態(tài)在絕熱過程中達(dá)到狀態(tài)時，內(nèi)能的增加量，。 絕熱過程中：內(nèi)能的增加量等于外界對系統(tǒng)所做的功當(dāng)外力做正功時，系統(tǒng)內(nèi)能增加，外力做負(fù)功時，系統(tǒng)內(nèi)能減少，且內(nèi)能變化量等于外力所做的功 （3）功和內(nèi)能的區(qū)別 功是能量轉(zhuǎn)化的量度，與內(nèi)能變化相聯(lián)系，是過程量，而內(nèi)能是狀態(tài)量，只有在內(nèi)能變化過程中才有功物體內(nèi)能大，并不意味著做功多，只有內(nèi)能變化大，才意味著做功多 （4）熱傳遞和內(nèi)能的改變 熱傳遞有傳導(dǎo)、對流和輻射三種形式 熱傳遞和做功對改變系統(tǒng)的內(nèi)能來說是等效的系統(tǒng)在不對外做功，外界也不對系統(tǒng)做功時，系統(tǒng)吸收的熱量為時則內(nèi)能增加量為系統(tǒng)對外界放出的熱量為時，則內(nèi)能減少，即 4物體的內(nèi)能及內(nèi)能的變化 物體的內(nèi)能是指物體內(nèi)所有分子的平均動能和勢能之和，在微觀上由分子數(shù)和分子熱運(yùn)動劇烈程度和相互作用力決定，宏觀上體現(xiàn)為物體的溫度和體積，因此物體的內(nèi)能是一個狀態(tài)量 當(dāng)物體溫度變化時，分子熱運(yùn)動劇烈程度發(fā)生改變，分子平均動能變化物體體積變化時，分子間距變化，分子勢能發(fā)生變化因此物體內(nèi)能的變化只由初、末狀態(tài)決定，與中間過程及方式無關(guān)5做功與內(nèi)能的變化 做功改變物體內(nèi)能的過程是將其他形式的能（如機(jī)械能）與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化的過程，做功使物體內(nèi)能發(fā)生變化時，內(nèi)能改變了多少可用做功的數(shù)值來度量外界對物體做多少功，物體的內(nèi)能就增加多少；物體對外界做多少功，物體的內(nèi)能就減少多少 壓縮氣體，外界對氣體做了功，氣體的內(nèi)能增加，氣體內(nèi)能的增加量等于外界對氣體做的功；氣體膨脹，是氣體對外界做功，氣體內(nèi)能減小，氣體內(nèi)能的減少量等于氣體膨脹對外做的功實(shí)質(zhì)上，對氣體我們還能從另一個方面來判斷，那就是看氣體的體積，被研究的氣體體積增大就一定對外做功；氣體的體積減小，外界就一定對氣體做功 在絕熱過程中，末態(tài)內(nèi)能大于初態(tài)內(nèi)能時，為正，形為正。外界對系統(tǒng)做功末態(tài)內(nèi)能小于初態(tài)內(nèi)能時為負(fù)，形為負(fù)，系統(tǒng)對外界做功內(nèi)能和其他形式的能一樣，是狀態(tài)量，物體的狀態(tài)一定時，它的內(nèi)能也一定和討論重力勢能一樣，我們能確定的只是內(nèi)能的變化，因?yàn)槿魏螤顟B(tài)下的內(nèi)能，只有在標(biāo)準(zhǔn)參考態(tài)的值確定后，才可能得出相應(yīng)的確定值，由此可知，要測得物體某一狀態(tài)內(nèi)能的絕對值，是不可能的 6內(nèi)能與機(jī)械能 物體的內(nèi)能與機(jī)械能是兩個不同的物理概念內(nèi)能是由大量分子熱運(yùn)動和分子間的相對位置所決定的能機(jī)械能是物體做機(jī)械運(yùn)動和物體形變所決定的能物體具有內(nèi)能的同時可具有機(jī)械能物體的機(jī)械能在一定條件下可等于零，但物體的內(nèi)能不可能等于零，因?yàn)榉肿佑啦煌Ｏ⒌刈鰺o規(guī)則運(yùn)動，它們之間有相互作用 內(nèi)能和機(jī)械能在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化，且總量保持不變 7具體現(xiàn)象的分析如圖所示，大口玻璃瓶內(nèi)有一些水，水的上方有水蒸氣，向瓶內(nèi)打氣，當(dāng)瓶塞跳出時，觀察瓶內(nèi)的變化。 解析：當(dāng)瓶塞跳出時，我們會發(fā)現(xiàn)瓶內(nèi)的瓶口處有“白霧”產(chǎn)生我們所選的研究對象是瓶內(nèi)水面上方的水蒸氣，在瓶塞跳出的過程中，是系統(tǒng)膨脹對外界做功，在這個過程中系統(tǒng)的內(nèi)能減少瓶內(nèi)的瓶口處的“白霧”實(shí)際上是瓶內(nèi)的水蒸氣液化形成的無數(shù)小液滴，水蒸氣液化過程中內(nèi)能減少要點(diǎn)二、熱和內(nèi)能 1熱傳遞 （1）熱傳遞 熱傳遞的定義 高溫物體總是自發(fā)地把它的內(nèi)能傳遞給低溫物體，這種沒有做功而使物體內(nèi)能改變的現(xiàn)象稱為熱傳遞 熱量從物體的一部分傳遞到另一部分，或從一物體傳遞到另一個物體的物理過程 熱傳遞的方式 熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射 熱傳遞的條件是存在溫度差，最終結(jié)果是使物體的溫度一樣 熱傳遞的規(guī)律是熱量從高溫物體傳向低溫物體 （2）熱傳遞和內(nèi)能變化的關(guān)系 系統(tǒng)在單純的傳熱過程中，內(nèi)能的增量等于外界向系統(tǒng)傳遞的熱量，即 2做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上的關(guān)系 （1）兩種方式的區(qū)別 做功：其他形式的能和內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化當(dāng)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能時，必須通過物體的宏觀運(yùn)動才能實(shí)現(xiàn) 熱傳遞：物體間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移，即內(nèi)能從物體的一部分傳到另一部分，或從一個物體傳遞到另一個物體它是在分子相互作用下，通過分子的微觀運(yùn)動來達(dá)到內(nèi)能的改變的物體間發(fā)生熱傳遞的必要條件是存在溫度差在熱傳遞過程中，內(nèi)能從高溫物體傳遞到低溫物體，使高溫物體內(nèi)能減少，低溫物體內(nèi)能增加，最后達(dá)到溫度相等 （2）兩種方式的聯(lián)系 做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能，從它們改變內(nèi)能的最終結(jié)果看，兩者是等效的 3“溫度”“熱量”“功”“內(nèi)能”四個量的區(qū)別與聯(lián)系 （1）內(nèi)能是由系統(tǒng)的狀態(tài)決定的，狀態(tài)確定，系統(tǒng)的內(nèi)能也隨之確定，要使系統(tǒng)的內(nèi)能發(fā)生變化，可以通過熱傳遞或做功兩種過程來完成而熱量是熱傳遞過程中的特征物理量，和功一樣，熱量只是反映物體在狀態(tài)變化過程中所遷移的能量，是用來衡量物體內(nèi)能變化的，有過程，才有變化，離開過程，就毫無意義就某一狀態(tài)而言，只有“內(nèi)能”，根本不存在什么“熱量”和“功”，因此，不能說一個系統(tǒng)中含有“多少熱量”或“多少功” （2）熱量和溫度 熱量是系統(tǒng)的內(nèi)能變化的量度，而溫度是系統(tǒng)內(nèi)部大量分子做無規(guī)則運(yùn)動的激烈程度的標(biāo)志雖然熱傳遞的前提是兩個系統(tǒng)之間要有溫度差，但是傳遞的是能量，不是溫度。 （3）熱量和功 熱量和功都是系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度，都是過程量，一定量的熱量還與一定量的功相當(dāng)，熱量可以通過系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為功功也可以通過系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為熱量，但它們之間有著本質(zhì)的區(qū)別 用做功來改變系統(tǒng)的內(nèi)能，是系統(tǒng)內(nèi)分子隨整體的有序運(yùn)動轉(zhuǎn)化為另一系統(tǒng)的分子的無規(guī)則運(yùn)動的過程，是機(jī)械能或其他形式的能和內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化過程用熱傳遞來改變系統(tǒng)的內(nèi)能，是通過傳導(dǎo)、對流和輻射來完成的，它將分子的無規(guī)則運(yùn)動，從一個系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到另一個系統(tǒng)，這種轉(zhuǎn)移就是系統(tǒng)間內(nèi)能轉(zhuǎn)換的過程4關(guān)于熱傳遞和物體內(nèi)能改變的關(guān)系的定量計(jì)算和定性分析 熱傳遞也可以改變物體的內(nèi)能物體吸收了熱量，分子熱運(yùn)動變得劇烈，分子平均動能就增加，物體的內(nèi)能就增大，反之物體的內(nèi)能就減少在只有熱傳遞的情況下，系統(tǒng)由狀態(tài)到達(dá)狀態(tài)，內(nèi)能增量為，吸收的熱量即，也就是說： 物體吸收熱量，內(nèi)能增加，物體放出熱量，內(nèi)能減少，并且內(nèi)能的變化量等于物體吸收或放出的熱量對于應(yīng)明確其中各量的意義 5功、熱量、內(nèi)能、溫度四個概念易混淆的問題 關(guān)于功、熱量、內(nèi)能、溫度四個物理量的概念易混淆的問題，我們區(qū)別四者的根據(jù)是功、熱量是能量轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移的量度，是與內(nèi)能的變化相聯(lián)系的，是過程量；內(nèi)能是狀態(tài)量物體的內(nèi)能大，并不意味著物體一定會對外做功或向外傳遞熱量，或者做的功多，傳遞的熱量多只有物體內(nèi)能的變化大時，過程中做的功或傳遞的熱量才會多溫度只是分子平均動能的標(biāo)志，物體的內(nèi)能除與溫度有關(guān)外，還與物體的質(zhì)量、體積、物態(tài)等因素有關(guān)，結(jié)合這些方面的聯(lián)系與區(qū)別進(jìn)行判斷才不易出錯 6熱傳遞的實(shí)質(zhì) 用熱傳遞來改變系統(tǒng)的內(nèi)能，是通過傳導(dǎo)、對流、輻射來完成的，它將分子的無規(guī)則運(yùn)動從一個系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到另一個系統(tǒng)，這種轉(zhuǎn)移也就是系統(tǒng)間的內(nèi)能轉(zhuǎn)換的過程功是在沒有熱傳遞的過程中，系統(tǒng)能量變化的量度；熱量是在沒有做功的過程中，系統(tǒng)能量變化的量度 7對“熱功當(dāng)量”的理解 對于熱功當(dāng)量的大小，不能理解為“熱量可以做功”或“熱量等于的功” 熱功當(dāng)量的前提是做功和熱傳遞在改變內(nèi)能上的等效性，因此，對于應(yīng)理解為“傳遞給物體的熱量使物體內(nèi)能的增加，與對物體做功使物體內(nèi)能的增加在效果上是相當(dāng)?shù)摹币簿褪钦f，使物體內(nèi)能發(fā)生變化，熱量相當(dāng)于（等效于）功要點(diǎn)三、熱力學(xué)第一定律 能量守恒定律 1熱力學(xué)第一定律 （1）熱力學(xué)第一定律的研究對象 研究功、熱量跟內(nèi)能的變化之間的定量關(guān)系 （2）熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式 我們知道，做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能在一般情況下，如果物體跟外界同時發(fā)生做功和熱傳遞的過程，那么外界對物體所做的功彬加上物體從外界吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加，即。 上式所表示的功、熱量跟內(nèi)能改變之間的關(guān)系，叫做熱力學(xué)第一定律 一個熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和，這個關(guān)系叫做熱力學(xué)第一定律 一般情況下，如果外界對一個物體做功，同時給物體傳遞熱量，則該物體內(nèi)能的增加應(yīng)為兩者之和，這就是熱力學(xué)第一定律2能量轉(zhuǎn)化和守恒定律 （1）不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化 自然界中能量的存在形式：物體運(yùn)動具有機(jī)械能、分子運(yùn)動具有內(nèi)能、電荷具有電能、原子核內(nèi)部的運(yùn)動具有原子能等，可見，在自然界中不同的能量形式與不同的運(yùn)動形式相對應(yīng) 不同形式能量之間的轉(zhuǎn)化：“摩擦生熱”是通過克服摩擦做功將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；水壺中的水沸騰時水蒸氣對壺蓋做功將壺蓋頂起，表明內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；電流通過電熱絲做功可將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能等，這些實(shí)例說明了不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化，且這一轉(zhuǎn)化過程是通過做功來完成的 （2）能的轉(zhuǎn)化和守恒定律 人類通過對大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)得知，要獲得一種能量，一定需要利用另一種能量通過做功的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)化，能量不能憑空產(chǎn)生，即不可能設(shè)計(jì)、創(chuàng)造出一種不消耗任何能量而能源源不斷地對外做功的永動機(jī) 能的轉(zhuǎn)化和守恒定律：能量既不能憑空產(chǎn)生，也不能憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，這就是能的轉(zhuǎn)化和守恒定律 （3）能量守恒定律的重要意義 能的轉(zhuǎn)化和守恒是分析解決問題的一個極為重要的方法它比機(jī)械能守恒定律更普遍例如物體在空中下落受到阻力時，物體的機(jī)械能不守恒，但包括內(nèi)能在內(nèi)的總能量總是守恒的3永動機(jī)不可能制成 如圖是歷史上有名的一種永動機(jī)的設(shè)計(jì)從圖上看，設(shè)計(jì)者為什么認(rèn)為這個機(jī)器會永遠(yuǎn)運(yùn)動下去？不用能量的概念，你能不能說明它不會永遠(yuǎn)運(yùn)動下去？ 解析這種永動機(jī)是在一個輪子的邊緣等距地安裝根活動短桿，桿的自由端分別套上一個重球無論輪子轉(zhuǎn)到什么位置，右邊的各個重球總比左邊的各個重球離軸心更遠(yuǎn)一些設(shè)想，右邊甩過去的重球作用在離軸較遠(yuǎn)的位置，就會迫使輪子按照箭頭所示的方向永不停息地旋轉(zhuǎn)下去，至少轉(zhuǎn)到輪軸磨壞時為止但是，實(shí)際上輪子轉(zhuǎn)動一兩圈后就停了下來，在這種永動機(jī)的設(shè)計(jì)中，我們總可以找到一個平衡位置，在這個位置上，各個力恰好相互抵消不再有任何推動力使它運(yùn)動永動機(jī)必然會在這個平衡位置上靜止下來，變成不動機(jī) （1）第一類永動機(jī) 概念：不消耗能量的機(jī)器 結(jié)果：無一例外地歸于失敗 原因：違背能量守恒定律 （2）永動機(jī)給我們的啟示人類利用和改造自然時，必須遵循自然規(guī)律 要點(diǎn)詮釋：能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)，使人們進(jìn)一步認(rèn)識到。任何一部機(jī)器，只要對外做功，都要消耗能量，都只能使能量從一種形式轉(zhuǎn)化為別的形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體，而不能無中生有地創(chuàng)造能量不消耗能量，卻可以源源不斷地對外做功的機(jī)器（第一類永動機(jī)）是不可能制成的 4運(yùn)用熱力學(xué)第一定律分析解決問題時對公式中物理量符號的規(guī)定 （1）外界對系統(tǒng)做功，即形為正值； （2）系統(tǒng)對外界做功，也就是外界對系統(tǒng)做負(fù)功，即為負(fù)值； （3）外界對系統(tǒng)傳遞熱量，也就是系統(tǒng)從外界吸收熱量，即為正值； （4）外界對系統(tǒng)吸收熱量，也就是系統(tǒng)向外界放出熱量，即為負(fù)值； （5）系統(tǒng)內(nèi)能增加，即為正值； （6）系統(tǒng)內(nèi)能減少，即為負(fù)值 5熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用中應(yīng)注意的問題 （1）在應(yīng)用過程中應(yīng)特別注意分清形的正負(fù)號，以便準(zhǔn)確地判斷的正、負(fù) （2）幾種特殊情況： 若過程是絕熱的，則，外界對物體做的功等于物體內(nèi)能的增加 若過程中不做功，即，則，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加 若過程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即，則或，外界對物體做的功等于物體放出的熱量 6能量守恒定律的應(yīng)用 （1）對能量守恒定律的理解和應(yīng)用的具體方法 某種形式的能減少，一定有其他形式的能增加，且減少量和增加量一定相等 某一物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等 （2）一般的解題步驟 首先應(yīng)明確研究對象是哪個物體或者是哪個熱力學(xué)系統(tǒng) 分別列出物體或系統(tǒng)吸收或放出的熱量；外界對物體或系統(tǒng)所做的功或物體或系統(tǒng)對外所做的功 根據(jù)熱力學(xué)第一定律列出方程進(jìn)行求解 特別應(yīng)注意的就是物理量的正負(fù)號及其物理意義【典型例題】類型一、功和內(nèi)能例1要探究一個規(guī)律我們可以用實(shí)驗(yàn)法如圖所示，在一個有機(jī)玻璃筒底放置少量易燃物，如硝化棉或浸過乙醚的棉花等，迅速壓下筒中的活塞，我們會發(fā)現(xiàn)筒底的物品燃燒起來，試解釋這一現(xiàn)象 【答案】見解析【解析】產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是在活塞壓下來的過程中，由于壓縮氣體做功，使氣體的內(nèi)能增加，溫度升高達(dá)到了易燃物的燃點(diǎn)而導(dǎo)致的結(jié)果 舉一反三:【變式】100的水完全變成100的水蒸氣，則（ ）A水分子的內(nèi)能增加B水的內(nèi)能增加C水所增加的內(nèi)能小于所吸收的熱量D水所增加的內(nèi)能等于所吸收的熱量【答案】BC【變式2】下列關(guān)于系統(tǒng)的內(nèi)能的說法正確的是（ ） A系統(tǒng)的內(nèi)能是由系統(tǒng)的狀態(tài)決定的 B分子動理論中引入的系統(tǒng)內(nèi)能和熱力學(xué)中引入的系統(tǒng)內(nèi)能是一致的 C做功可以改變系統(tǒng)的內(nèi)能，但單純地對系統(tǒng)傳熱不能改變系統(tǒng)的內(nèi)能 D氣體在大氣中絕熱膨脹時對外做了功，但氣體的內(nèi)能不變 【答案】A、B 【解析】系統(tǒng)的內(nèi)能是一個只依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài)的物理量，所以是由系統(tǒng)的狀態(tài)決定的，A對正因?yàn)閮?nèi)能是由于系統(tǒng)的狀態(tài)決定的，所以分子動理論中引入的內(nèi)能和熱力學(xué)中引入的內(nèi)能是一致的，B對做功和熱傳遞都可以改變系統(tǒng)的內(nèi)能，C錯氣體絕熱膨脹時對外界做了功，又因?yàn)榕c外界沒有熱交換，所以系統(tǒng)的內(nèi)能要減小，故D錯 【總結(jié)升華】分子動理論中引入的系統(tǒng)內(nèi)能和熱力學(xué)中引入的系統(tǒng)內(nèi)能不僅是一致的，而且前者為后者提供了微觀解釋 例2絕熱過程中，外界壓縮氣體做功，下列說法中正確的是（ ） A氣體內(nèi)能一定增加 B氣體內(nèi)能增加必定小于 C氣體內(nèi)能增加可能小于 D氣體內(nèi)能可能不變 【思路點(diǎn)撥】絕熱過程中，功是內(nèi)能轉(zhuǎn)化的量度：【答案】A 【解析】絕熱過程中，做功的過程是能量轉(zhuǎn)化的過程，做了多少功，內(nèi)能就發(fā)生了多少變化 【總結(jié)升華】絕熱過程中，功是內(nèi)能轉(zhuǎn)化的量度： 舉一反三: 【變式1】一定質(zhì)量的空氣，從外界吸收了的熱量，同時在個大氣壓的恒定壓強(qiáng)下，體積由增大到，空氣的內(nèi)能增加了（ ）A B C D【答案】B【解析】 【變式2】金屬筒內(nèi)裝有與外界溫度相同的壓縮空氣，打開筒的開關(guān)，筒內(nèi)高壓空氣迅速向外逸出，待筒內(nèi)外壓強(qiáng)相等時，立即關(guān)閉開關(guān)在外界保持恒溫的條件下，經(jīng)過一段較長的時間后，再次打開開關(guān)，這時出現(xiàn)的現(xiàn)象是（ ） A筒外空氣流向筒內(nèi) B筒內(nèi)空氣流向筒外 C筒內(nèi)外有空氣交換，處于動態(tài)平衡，筒內(nèi)空氣質(zhì)量不變 D筒內(nèi)外無空氣交換 【答案】B【解析】因高壓空氣急劇外逸時，氣體來不及充分與外界發(fā)生熱交換，可近似看成絕熱膨脹過程，氣體對外做功，內(nèi)能減少，所以關(guān)閉開關(guān)后，筒內(nèi)氣體溫度較外界偏低，再經(jīng)過較長時間后，筒內(nèi)外氣體溫度相同對筒內(nèi)剩余氣體分析，屬等容升溫過程，壓強(qiáng)要升高，大于外界氣壓，所以再打開開關(guān)時，筒內(nèi)氣體要流向筒外 【總結(jié)升華】對筒內(nèi)氣體的變化分兩個過程研究，先絕熱膨脹，再等容升溫經(jīng)過一段時間后，瓶內(nèi)外形成一定的壓強(qiáng)差例3如圖所示，活塞將汽缸分成甲、乙兩氣室，汽缸、活塞（連同拉桿）是絕熱的，且不漏氣用、分別表示甲、乙兩氣室中氣體的內(nèi)能，則在將拉桿緩慢向外拉的過程中（ ） A不變，減小 B不變，增大 C增大，不變 D增大，減小 【思路點(diǎn)撥】明確甲、乙兩氣室的氣體都經(jīng)歷的是絕熱過程，內(nèi)能的改變?nèi)Q于做功的情況【答案】D 【解析】本題解題的關(guān)鍵是明確甲、乙兩氣室的氣體都經(jīng)歷的是絕熱過程，內(nèi)能的改變?nèi)Q于做功的情況對甲室內(nèi)的氣體，在拉桿緩慢向外拉的過程中，活塞左移，壓縮氣體，外界對甲室氣體做功，其內(nèi)能應(yīng)增大；對乙室內(nèi)的氣體，活塞左移，氣體膨脹，氣體對外界做功，內(nèi)能應(yīng)減小 【總結(jié)升華】壓縮氣體，外界對氣體做功，內(nèi)能增大，溫度升高，柴油機(jī)就是利用這個道理點(diǎn)火的 在絕熱過程中，末態(tài)內(nèi)能大于初態(tài)內(nèi)能時，為正，為正，外界對系統(tǒng)做功末態(tài)內(nèi)能小于初態(tài)內(nèi)能時，為負(fù)，為負(fù)，系統(tǒng)對外界做功舉一反三:【變式】斜面高，傾角為，質(zhì)量是的物體從頂端由靜止滑至底端，已知動摩擦因數(shù)為，取 求：（1）物體到達(dá)底端時的速度； （2）滑行過程中有多少機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 【答案】見解析【解析】（1）對物體從頂端由靜止滑到底端的過程中，由動能定理得 ，故有 （為斜面長）代入數(shù)據(jù)求得 （2）摩擦力做的功等于機(jī)械能的減少量，全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 【總結(jié)升華】應(yīng)知道滑動摩擦力是耗散力，滑動摩擦力做了多少功，就有多少機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能類型二、熱和內(nèi)能 例4物體的內(nèi)能增加了，下列說法中正確的是（ ） A一定是外界對物體做了的功 B一定是物體吸收了的熱量 C一定是物體分子動能增加了 D物體的分子平均動能可能不變 【思路點(diǎn)撥】做功和熱傳遞是改變內(nèi)能的兩種方式【答案】D 【解析】做功和熱傳遞都可以改變物體內(nèi)能，物體內(nèi)能改變，其方式是不確定的，因此A、B錯誤而物體內(nèi)能包括所有分子的平均動能和勢能，內(nèi)能由分子數(shù)、分子平均動能、勢能三者決定，因此C錯誤 【總結(jié)升華】做功和熱傳遞是改變內(nèi)能的兩種方式舉一反三:【變式】下列說法中正確的是（ ） A做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上是等效的，因此做功與熱傳遞是沒有區(qū)別的 B雖然做功和熱傳遞在改變內(nèi)能的效果上是等效的，但我們還是可以通過分析改變前后物體的內(nèi)能，來區(qū)別是做功還是熱傳遞改變內(nèi)能的 C做功和熱傳遞在改變內(nèi)能的效果上是等效的，表明要使物體的內(nèi)能發(fā)生變化，既可以通過做功來實(shí)現(xiàn)，也可以通過熱傳遞來實(shí)現(xiàn)D功和熱傳遞在改變內(nèi)能的效果上是等效的，說明人在出汗散熱時，還可以通過對外做功來代替出汗改變內(nèi)能【答案】C 【解析】做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上是等效的，但本質(zhì)不同，做功是將其他形式的能量轉(zhuǎn)化為內(nèi)能或?qū)?nèi)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量；熱傳遞是將一個物體的內(nèi)能傳遞給另一個物體故A、B均錯誤，C正確；人在出汗散熱時，顯然是不可以通過對外做功來代替出汗改變內(nèi)能，D錯誤。 【總結(jié)升華】做功和熱傳遞本質(zhì)不同，但在改變物體內(nèi)能上是等效的，注意它們的區(qū)別和聯(lián)系 例5對于熱量、功和內(nèi)能三者的說法正確的是（ ） A熱量、功、內(nèi)能三者的物理意義等同 B熱量、功都可以作為物體內(nèi)能的量度 C熱量、功、內(nèi)能的單位不相同 D熱量和功是由過程決定的，而內(nèi)能是由物體狀態(tài)決定的 【答案】D 【解析】物體的內(nèi)能是指物體的所有分子動能和分子勢能的總和，而要改變物體的內(nèi)能可以通過做功和熱傳遞兩種途徑這三者的物理意義不同，A項(xiàng)錯熱量是表示在熱傳遞過程中物體內(nèi)能變化多少的物理量，而功也是用做功的方式來量度改變物體內(nèi)能多少的物理量，B項(xiàng)錯三者單位都是焦耳，C項(xiàng)錯熱量和功是過程量，內(nèi)能是狀態(tài)量，D項(xiàng)正確 舉一反三: 【變式】關(guān)于系統(tǒng)內(nèi)能的下列說法正確的是（ ） A物體內(nèi)所有分子的動能與分子勢能的總和叫物體的內(nèi)能 B一個物體當(dāng)它的機(jī)械能發(fā)生變化時，其內(nèi)能也一定發(fā)生變化 C外界對系統(tǒng)做了多少功形，系統(tǒng)的內(nèi)能就增加多少，即 D系統(tǒng)從外界吸收了多少熱量，系統(tǒng)的內(nèi)能就增加了多少，即 【答案】A 【解析】在分子動理論中，我們把物體內(nèi)所有分子的分子動能與分子勢能的總和定義為物體的內(nèi)能，選項(xiàng)A對物體的內(nèi)能與機(jī)械能是兩個不同的物理概念，兩者沒有任何關(guān)系。如物體的速度增加了，機(jī)械能可能增加，但如果物體的溫度不變。物體的內(nèi)能就不變，故選項(xiàng)B錯只有當(dāng)系統(tǒng)與外界絕熱時，外界對系統(tǒng)做的功才等于系統(tǒng)內(nèi)能的增量，同理，只有在單純的熱傳遞過程中，系統(tǒng)吸收（或放出）的熱量才等于系統(tǒng)內(nèi)能的增量，故選項(xiàng)C、D都錯 例6若對物體做的功，可使物體溫度升高，改用熱傳遞的方式，使物體溫度同樣升高，那么物體應(yīng)吸收的熱量；如果對該物體做的功，物體的溫度升高，表明該過程中，物體還（填“吸收”或“放出”）熱量 【答案】 放出 【解析】做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上是等效的，因此物體用做功方式使溫度升高，若用吸熱方式也使溫度升高，應(yīng)吸收的熱量對物體做功，溫度升高，設(shè)物體溫度升高，需要的功或熱量為 ，所以 因此物體放出的熱量 類型三、熱力學(xué)第一定律 能量守恒定律例7用隔板將一絕熱容器隔成A和B兩部分，A中盛有一定質(zhì)量的理想氣體，B為真空（如圖），現(xiàn)把隔板抽去，A中的氣體自動充滿整個容器（如圖），這個過程稱為氣體的自由膨脹，下列說法正確的是（ ） A自由膨脹過程中，氣體分子只做定向運(yùn)動 B自由膨脹前后，氣體的壓強(qiáng)不變 C自由膨脹前后，氣體的溫度不變 D容器中的氣體在足夠長的時間內(nèi)，能全部自動回到A部分 【答案】C 【解析】理想氣體在絕熱的條件下，向真空部分自由膨脹的過程是一個既與外界沒有熱交換，又沒有對外做功的過程，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可以確定氣體的內(nèi)能不變，而理想氣體的分子勢能為0，即分子動能不變。溫度不變 舉一反三: 【變式】一定質(zhì)量的理想氣體，從某一狀態(tài)開始，經(jīng)過一系列變化后又回到開始的狀態(tài)，用表示外界對氣體做的功，表示氣體對外界做的功，表示氣體吸收的熱量，表示氣體放出的熱量，則在整個過程中一定有（ ） A B C D 【答案】A 【解析】本題所考查的內(nèi)容涉及理想氣體的內(nèi)能、改變物體內(nèi)能的兩種方式及熱力學(xué)第一定律等知識解答本題的切入點(diǎn)是，對一定質(zhì)量的理想氣體，在某一狀態(tài)下其內(nèi)能是確定的首先，對一定質(zhì)量的理想氣體，經(jīng)過一系列的狀態(tài)變化后又回到原狀態(tài)，表明整個過程中內(nèi)能的變化為零，即通過做功和熱傳遞引起的內(nèi)能變化相互抵消，所以A選項(xiàng)正確當(dāng)然，若，則必定有；若，則必定有；若，則必定有，所以B、C、D三項(xiàng)都有可能，故選A 例8用密封性好、充滿氣體的塑料袋包裹易碎品，如圖所示，充氣袋四周被擠壓時，假設(shè)袋內(nèi)氣體與外界無熱交換，則袋內(nèi)氣體（ ）A體積減小，內(nèi)能增大B體積減小，壓強(qiáng)減小C對外界做負(fù)功，內(nèi)能增大D對外界做正功，壓強(qiáng)減小【答案】AC【解析】本題考查熱力學(xué)第一定律，要明確題目中氣體與外界光熱交換的條件。根據(jù)熱力學(xué)第一定律，UWQ，Q0，外界壓縮氣體，氣體體積減小，外界對氣體做正功，內(nèi)能增大，溫度升高，由可知壓強(qiáng)增大，A、C正確，B、D錯。【總結(jié)升華】解決此類問題一般要同時結(jié)合熱力學(xué)第一定律和狀態(tài)方程分析。 舉一反三: 【變式1】兩裝置，均由一支一端封閉，一端開口且?guī)в胁Ａ莸墓軤钊萜骱退y槽組成，除玻璃泡在管上的位置不同外，其他條件都相同。將兩管抽成真空后，開口向下豎直插入水銀槽中（插入過程沒有空氣進(jìn)入管內(nèi)），水銀柱上升至圖示位置停止。假設(shè)這一過程水銀與外界沒有熱交換，則下列說法正確的是（ ） A中水銀的內(nèi)能增量大于中水銀的內(nèi)能增量B中水銀的內(nèi)能增量大于中水銀的內(nèi)能增量C和中水銀體積保持不變，故內(nèi)能增量相同D和中水銀溫度始終相同，故內(nèi)能增量相同【答案】B 【變式2】關(guān)于物體內(nèi)能的變化，以下說法中正確的是（ ） A物體吸收熱量，內(nèi)能一定增大 B物體對外做功，內(nèi)能一定減少 C物體吸收熱量，同時對外做功，內(nèi)能可能不變 D物體放出熱量，同時對外做功，內(nèi)能可能不變 【答案】C 【解析】根據(jù)熱力學(xué)第一定律，物體內(nèi)能的變化與外界對物體做功（或物體對外界做功）、物體從外界吸熱（或向外界放熱）這兩種因素有關(guān)物體吸收熱量，但有可能同時對外界做功，故內(nèi)能有可能不變甚至減小，故A項(xiàng)不正確同理，物體對外界做功的同時有可能吸熱，故內(nèi)能不一定減小，B項(xiàng)不正確若物體吸收的熱量與對外做功相等，則內(nèi)能不變，故C項(xiàng)正確因放熱和對外做功都會使物體內(nèi)能減小，故D項(xiàng)不正確 【總結(jié)升華】本題易錯選A、B或D的原因主要是對一些基本概念理解不清，對以下基本知識的理解不夠透徹，以下三個要點(diǎn)要通過練習(xí)不斷加深理解： 外界對系統(tǒng)做功，形為正值，反之，形為負(fù)值 系統(tǒng)吸熱，為正值，反之，為負(fù)值 系統(tǒng)內(nèi)能增加，為正值；系統(tǒng)內(nèi)能減小，為負(fù)值例9風(fēng)沿水平方向以速度”垂直吹向一直徑為的風(fēng)車葉輪上，設(shè)空氣密度為，風(fēng)的動能有轉(zhuǎn)化為風(fēng)車的動能，風(fēng)車帶動水車將水提高的高度，效率為，則單位時間最多可提升的水的質(zhì)量。 【思路點(diǎn)撥】根據(jù)能量守恒定律列出方程【答案】【解析】設(shè)在時間內(nèi)吹在風(fēng)車上的空氣的質(zhì)量為，則 ，風(fēng)的動能 根據(jù)題意： 。則 【總結(jié)升華】本題綜合性較強(qiáng)，根據(jù)能量守恒定律列出方程即可得到正確答案舉一反三: 【變式】要把質(zhì)量為的衛(wèi)星發(fā)射到地球附近的圓形軌道上，如果燃料完全燃燒產(chǎn)生的熱量有轉(zhuǎn)化為衛(wèi)星軌道上運(yùn)行時的動能，試求燃料質(zhì)量至少為多少？（地球半徑為，燃料的燃燒值，） 【解析】設(shè)衛(wèi)星在地球附近圓形軌道上的運(yùn)行速度為， 則 ， 由題意得 聯(lián)立式得